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Cohete de sondeo

Un Black Brant XII despegando desde las instalaciones de vuelo de Wallops

Un cohete sonda , también llamado cohete de investigación o cohete suborbital , es un cohete portador de instrumentos diseñado para tomar medidas y realizar experimentos científicos durante su vuelo suborbital . Los cohetes se utilizan para lanzar instrumentos desde 48 a 145 km (30 a 90 millas) [1] sobre la superficie de la Tierra, la altitud generalmente entre globos meteorológicos y satélites ; la altitud máxima para globos es de aproximadamente 40 km (25 millas) y la mínima para satélites es de aproximadamente 121 km (75 millas). [2] Ciertos cohetes sonda tienen un apogeo entre 1000 y 1500 km (620 y 930 millas), como el Black Brant X y XII , que es el apogeo máximo de su clase. Para ciertos propósitos, los cohetes de sondeo pueden volar a altitudes de hasta 3.000 kilómetros para permitir tiempos de observación de alrededor de 40 minutos para proporcionar observaciones geofísicas de la magnetosfera, ionosfera, termosfera y mesosfera. [3] Los cohetes de sondeo se han utilizado para el examen de pruebas nucleares atmosféricas al revelar el paso de la onda de choque a través de la atmósfera. [4] [5] En tiempos más recientes, los cohetes de sondeo se han utilizado para otras investigaciones de armas nucleares. [6] Los cohetes de sondeo a menudo utilizan motores de cohetes excedentes militares. [7] La ​​NASA vuela rutinariamente el Orion mejorado potenciado por Terrier Mk 70 , elevando cargas útiles de 270 a 450 kg (600 a 1.000 libras) a la región exoatmosférica entre 97 y 201 km (60 y 125 millas). [8]

Etimología

El origen del término proviene del vocabulario náutico sondear , que consiste en lanzar un cabo con peso desde un barco al agua para medir la profundidad del agua. El término en sí tiene su raíz etimológica en la palabra en lenguas romances para sonda , de la que existen los sustantivos sonda y sonde y verbos como sondear que significa "hacer un sondeo o un sondeo". Sondear en el contexto de los cohetes equivale a "tomar una medida". [7]

Diseño

Ejemplos de cargas útiles para cohetes de sondeo

Los elementos básicos de un cohete de sondeo moderno son un motor de cohete de combustible sólido y una carga útil científica . [7] En ciertos cohetes de sondeo, la carga útil puede incluso ser nada más que una estela de humo como en el humo Nike , que se utiliza para determinar las direcciones y las intensidades del viento con mayor precisión que la que se puede determinar con globos meteorológicos . O un cohete de sondeo como el Nike-Apache puede depositar nubes de sodio para observar vientos de gran altitud. Los cohetes más grandes y de mayor altitud tienen múltiples etapas para aumentar la altitud y/o la capacidad de carga útil. La parte de caída libre del vuelo es una trayectoria elíptica con un eje mayor vertical que permite que la carga útil parezca flotar cerca de su apogeo . [2] El tiempo medio de vuelo es inferior a 30 minutos; normalmente entre cinco y 20 minutos. [2] El cohete consume su combustible en la primera etapa de la parte ascendente del vuelo, luego a menudo se separa y cae, dejando que la carga útil complete el arco, a veces descendiendo bajo una fuente de resistencia como un globo pequeño o un paracaídas . [7]

Los cohetes de sondeo han utilizado globos, aviones y artillería como "primeras etapas". El Proyecto Farside [9] [10] utilizó un Rockoon compuesto por un globo de 106.188 m3 (3.750 ft3), que elevaba un cohete de cuatro etapas compuesto por 4 cohetes Recrute como primera etapa con 1 Recruit como segunda etapa, con 4 motores Arrow II componiendo la tercera etapa y finalmente un solo Arrow II como cuarta etapa. Sparoair , lanzado desde el aire desde los cazas F4D y F-4 de la Marina, fueron ejemplos de cohetes de sondeo lanzados desde el aire. También hubo ejemplos de cohetes de sondeo lanzados desde artillería, incluidos los cañones de 5", 7" y 15" del Proyecto HARP , a veces con etapas de cohetes Martlet adicionales. [11]

Historial de desarrollo

Los primeros cohetes de sondeo fueron cohetes de propulsante líquido como el WAC Corporal , el Aerobee y el Viking . El V-2 alemán sirvió tanto al misil R-1 de los EE. UU. como a la URSS como cohetes de sondeo durante los períodos inmediatamente posteriores a la Segunda Guerra Mundial. Durante la década de 1950 y más tarde, la disponibilidad económica de refuerzos militares excedentes como los utilizados por Nike , Talos , Terrier y Sparrow . Desde la década de 1960, los cohetes diseñados para este propósito, como la serie Black Brant , han dominado los cohetes de sondeo, aunque a menudo tienen etapas adicionales, muchas de ellas de excedentes militares.

Los primeros intentos de desarrollar cohetes de sondeo se dieron en la Unión Soviética. Si bien todos los primeros desarrolladores de cohetes se preocuparon principalmente por desarrollar la capacidad de lanzar cohetes, algunos tenían el objetivo de investigar la estratosfera y más allá. La Conferencia de toda la Unión sobre el estudio de la estratosfera se celebró en Leningrado (ahora San Petersburgo) en 1936. Si bien la conferencia se ocupó principalmente de las radiosondas de globo , hubo un pequeño grupo de desarrolladores de cohetes que buscaron desarrollar "cohetes de grabación" para explorar la estratosfera y más allá. [12] Entre los oradores de la conferencia se encontraba Sergey Korolev [ cita requerida ] quien más tarde se convirtió en la figura principal del programa espacial soviético.

En particular, el diseño de cohetes sonda estaba interesado en V. V. Razumov, del Grupo de Leningrado para el Estudio de la Propulsión a Reacción. A. I. Polyarny, que trabajaba en un grupo especial dentro de la Sociedad para la Asistencia a la Defensa, la Aviación y la Construcción Química de la URSS en Moscú, diseñó el R-06, que finalmente voló, pero no en el papel meteorológico. [12]

Los primeros intentos soviéticos de desarrollar un cohete sonda fueron los primeros intentos de desarrollar un cohete sonda y finalmente fracasaron antes de la Segunda Guerra Mundial. [12] PI Ivanov construyó un cohete de tres etapas que voló en marzo de 1946. A fines del verano de 1946, el desarrollo terminó porque carecía de suficiente empuje para elevar una carga útil de investigación suficiente. [12]

El primer cohete sonda exitoso fue creado en el Instituto Tecnológico de California , donde antes de la Segunda Guerra Mundial había un grupo de entusiastas de los cohetes liderado por Frank Malina , bajo la égida de Theodore von Kármán , conocido entre la gente del CIT como el "Escuadrón Suicida". El objetivo inmediato del Escuadrón Suicida era explorar la atmósfera superior, lo que requería desarrollar los medios para elevar los instrumentos a gran altitud y recuperar los resultados. Después del comienzo de la Segunda Guerra Mundial, los entusiastas de la cohetería del CIT se vieron involucrados en varios programas de defensa, uno de los cuales, llamado Corporal, estaba destinado a producir un misil guiado de bombardeo, el Corporal. Finalmente conocido como MGM-5 Corporal, se convirtió en el primer misil guiado desplegado por el Ejército de los EE. UU.

Durante la Segunda Guerra Mundial, el Cuerpo de Señales creó un requisito para que un cohete de sondeo llevara 25 libras (11 kg) de instrumentos a 100.000 pies (30 km) o más. [13] Para cumplir con ese objetivo, Malina propuso un pequeño cohete de propulsante líquido para proporcionar al equipo GALCIT la experiencia necesaria para ayudar en el desarrollo del misil Corporal. [14] [15] Malina con Tsien Hsue-shen ( Qian Xuesen en transliteración Pinyin), escribió "Análisis de vuelo de un cohete de sondeo con especial referencia a la propulsión por impulsos sucesivos". Como el cohete del Cuerpo de Señales se estaba desarrollando para el proyecto Corporal, y carecía de cualquier mecanismo de guía, no tenía control de actitud. Por lo tanto, se lo denominó WAC Corporal . El WAC Corporal sirvió como base de la cohetería de sondeo en los EE. UU. El WAC Corporal se desarrolló en dos versiones, la segunda de las cuales fue muy mejorada. Después de la guerra, el WAC Corporal competía por la financiación de misiones de sondeo con el cohete V-2 capturado, mucho más grande , que estaba siendo probado por el ejército de los EE. UU. El WAC Corporal quedó eclipsado en su trabajo de levantar libras de experimentos a gran altitud de manera rentable, por lo que efectivamente se volvió obsoleto. Los WAC Corporals fueron modificados más tarde para convertirse en la etapa superior del primer cohete de dos etapas, el RTV-G-4 Bumper .

Los V-2 capturados dominaron los cohetes de sondeo estadounidenses y otros desarrollos de cohetería durante finales de la década de 1940. [16] Para satisfacer la necesidad de reemplazo, la Aerojet Corporation desarrolló un nuevo cohete de sondeo para cumplir con un requisito del Laboratorio de Física Aplicada y el Laboratorio de Investigación Naval . Más de 1000 Aerobees de varias versiones para diversos clientes volaron entre 1947 y 1985. [17] : 57  [18] Un motor producido para el Aerobee finalmente impulsó la segunda etapa del Vanguard (cohete) , el primer vehículo de lanzamiento de satélites diseñado para ese propósito , el Vanguard. El motor AJ10 utilizado por muchos Aerobees eventualmente evolucionó hasta convertirse en el AJ10-190, que formó el Sistema de Maniobra Orbital del Transbordador Espacial. [19]

El Viking (cohete) fue concebido desde el principio por la Armada no sólo como un cohete sonda capaz de reemplazar, e incluso superar, al V-2, sino también de hacer avanzar la tecnología de misiles guiados. [20] El Viking estaba controlado por un sistema de guía multieje con motor Reaction Motors XLR10-RM-2 con cardán. El Viking se desarrolló a través de dos versiones principales. Después de que Estados Unidos anunciara su intención de lanzar un satélite en el Año Geofísico Internacional (1957-1958), el Viking fue elegido como la primera etapa del Vehículo de Lanzamiento de Satélites Vanguard. Los dos últimos Vikings fueron lanzados como Vehículos de Prueba Vanguard 1 y 2. [21]

Durante la era posterior a la Segunda Guerra Mundial, la URSS también persiguió los cohetes de sondeo de bases V-2. Los dos últimos R-1A volaron en 1949 como cohetes de sondeo. Fueron seguidos entre julio de 1951 y junio de 1956 por 4 R-1B, 2 R-1V, 3 R-1D y 5 R-1E, y 1 R-1E (A-1). [22] El descendiente mejorado del V-2, el R-2A, podía alcanzar 120 millas y voló entre abril de 1957 y mayo de 1962. [23] Quince R-5V volaron desde junio de 1965 hasta octubre de 1983. Dos R-5 VAO volaron en septiembre de 1964 y octubre de 1965. [24] El primer cohete de sondeo soviético de combustible sólido fue el M-100. [25] Entre 1957 y 1990 volaron unos 6.640 cohetes sonda M-100.

Otros de los primeros usuarios de los cohetes sonda fueron Gran Bretaña, Francia y Japón.

Gran Bretaña desarrolló la serie Skylark (cohete) y posteriormente la serie Skua para el Año Geofísico Internacional . [17]

Francia había comenzado el diseño de un Super V-2 , pero ese programa había sido abandonado a fines de la década de 1940 debido a la incapacidad de Francia para fabricar todos los componentes necesarios. Aunque el desarrollo del Veronique (cohete) comenzó en 1949, no fue hasta 1952 que se lanzó el primer Veronique a escala real. Las variantes de Veronique volaron hasta 1974. [17] [26] La familia Monica (cohete) , un cohete de combustible sólido que se desarrolló en varias versiones y luego fue reemplazado por la serie de cohetes ONERA. [17]

Japón fue otro de los primeros en utilizar el Kappa (cohete) . Japón también utilizó el Rockoon. [17]

La República Popular China fue la última nación en lanzar un nuevo cohete sonda alimentado con combustible líquido, el T-7. [27] El primer lanzamiento se realizó desde un sitio de lanzamiento muy primitivo, donde el "centro de mando" y el generador de energía prestado estaban en una choza de paja separada del lanzador por un pequeño río. No había equipo de comunicaciones, ni siquiera un teléfono entre el puesto de mando y el lanzacohetes. El T-7 dio origen al T-7M, T-7A, T-7A-S, T-7A-S2 y T-7/GF-01A. El T-7/GF-01A se utilizó en 1969 para lanzar las misiones de desarrollo de tecnología satelital FSW. Así, el I-7 dio origen al primer satélite chino, el Dong Fang Hong 1 (El Este es Rojo 1), lanzado por un DF-1. Vital para el desarrollo de la cohetería china y del Dong Feng-1 fue Qian Xuesen (Tsien Hsue-shen en la transliteración de Wade Guiles) quien con Theodore von Kármán y el "Escuadrón Suicida" del Instituto Tecnológico de California creó el primer cohete sonda exitoso, el WAC Corporal .

A principios de la década de 1960, el cohete sonda se convirtió en una tecnología establecida.

Ventajas

Los cohetes sonda son ventajosos para algunas investigaciones debido a su bajo costo [2] , su tiempo de fabricación relativamente corto (a veces menos de seis meses) [7] y su capacidad para realizar investigaciones en áreas inaccesibles para globos o satélites. También se utilizan como bancos de pruebas para equipos que se utilizarán en misiones de vuelos espaciales orbitales más costosas y arriesgadas [2] . El tamaño más pequeño de un cohete sonda también hace posible el lanzamiento desde sitios temporales, lo que permite estudios de campo en lugares remotos, e incluso en medio del océano, si se dispara desde un barco [28] .

Aplicaciones

Meteorología

Un Loki-Dart (en primer plano) en exhibición en el jardín de cohetes del campo de misiles White Sands

Las observaciones meteorológicas , hasta una altitud de 75 km, se realizan con cohetes sonda , una especie de cohete sonda para observaciones atmosféricas que consta de un cohete y una radiosonda . La sonda registra datos sobre temperatura , humedad , velocidad y dirección del viento, cizalladura del viento , presión atmosférica y densidad del aire durante el vuelo. También se pueden registrar datos de posición ( altitud y latitud / longitud ).

Los cohetes meteorológicos más comunes son el Loki y el Super Loki , que suelen tener una altura de 3,7 m y están propulsados ​​por un motor de cohete de combustible sólido de 10 cm de diámetro . El motor del cohete se separa a una altitud de 1500 m y el resto de la sonda del cohete se desplaza hasta el apogeo (punto más alto). Este puede ajustarse a una altitud de entre 20 km y 113 km.

Investigación

Los cohetes de sondeo se utilizan habitualmente para:

Doble uso

Debido a la gran relevancia militar de la tecnología de misiles balísticos, siempre ha existido una estrecha relación entre los cohetes de sondeo y los misiles militares. Se trata de una tecnología típica de doble uso , que puede utilizarse tanto con fines civiles como militares. [30] Durante la Guerra Fría , la República Federal de Alemania cooperó en este tema con países que no habían firmado el Tratado de No Proliferación de Armas Nucleares en ese momento, como Brasil, Argentina e India. En el curso de las investigaciones del movimiento pacifista alemán , esta cooperación fue revelada por un grupo de físicos en 1983. [31] El debate internacional que así se puso en marcha condujo al desarrollo del Régimen de Control de Tecnología de Misiles (MTCR) a nivel de los estados del G7. Desde entonces, en el marco del MTCR se han elaborado listas de equipos tecnológicos cuya exportación está sujeta a estrictos controles.

Operadores y programas

Véase también

Referencias

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Enlaces externos

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